智能助手Walker機器人疊代升級，背後都有什麼技術創新？

　　下腰扭胯、金雞獨立、端茶倒水、寫字畫畫、上下樓梯,伴随着現場觀衆的圍觀拍攝和連連稱贊,Walker自信從容的在IROS學術會議的展覽區進行演示。多種動作行雲流水、一氣呵成,Walker立體展示了中國機器人企業的技術實力和創新成果。這也是優必選大型仿人服務機器人Walker全新疊代後的首秀。

　　今年,機器人領域學術會議IROS 2019在澳門舉行。IROS全稱 IEEE / RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems(IEEE國際智能機器人與系統大會),是世界機器人和智能系統領域機器人最、影響力的學術會議。4000多名全球各地的機器人、自動化系統及人工智能等領域專業人士、研究團隊代表及企業界人士共聚一堂,探讨機器人領域的前沿學術研究成果。

　　IROS優必選科技展位吸引了來自世界各地研究機構的專家學者的關注

　　IROS會議現場,Walker平穩流暢地運用整個身體執行了一系列動作,包括快速動态上樓梯、單足平衡站立、力控擦桌子、全身協調推車等“升級版”靈活演示,甚至還來了個“瑜伽式”的下腰和伸展,配合輕快的音樂展現的平衡能力。在CES 2019亮相後,10個月左右的時間裡,Walker在運動性能、柔性交互、環境感知等方面進行了算法疊代和功能提升。

　　更流暢的運動性能

　　相對于目前市場上常見的輪式機器人,大型仿人服務機器人Walker的的特點之一是靈活的雙腿具備複雜地形的适應能力。比如這次在IROS上,Walker展示了上樓梯。Walker第一代的上下樓梯的算法是靜态穩定的,因此上下樓梯的速度比較緩慢。Walker新一代在增大關節的運動範圍的同時,升級優化了上樓梯的算法,實現了一秒一個台階的樓梯步态,運動速度上已非常接近于人類速度。加上類人步态的優化引入,也使得上樓梯過程更加自然順暢。

　　相比于對機器人進行離線的動作編輯實現基本動作,Walker此次展示的太極、瑜伽功能的整體重心位置可以做到實時控制,既保證了機器人整體的穩定裕度,也降低了機器人在做動作過程中摔倒的可能性。

　　對于仿人機器人,平衡問題也是研發過程中面臨的難題之一。此次Walker升級了靜态平衡能力,可以自主尋找整體重心位置,使機器人在靜态情況下始終具有的穩定裕度,因此可以承受非常大的外力幹擾,而始終保持穩定狀态。在展示中,可以看到在Walker的雙臂上分别挂上6kg和10kg的負載後,也能非常平穩地調整自身的姿态,保持加載外力後的穩定。

　　在“做瑜伽”過程中,Walker可以實現單足站立的靜态平衡

　　前代的Walker都是平腳掌行走,即機器人的腳面相對于地面一直是平行狀态,這樣行走方式相對簡單、容易實現,但受限于腿長、關節限位等因素,極大的限制了機器人速度。這一次,Walker的行走步态進行了優化升級,行走狀态更接近于人類行走,提升了行走速度的性能,最快行走速度超過2km/h。

　　為了增加仿人機器人的表現力,研發團隊提取了人的實時姿态,将人類自然運動所産生的軌迹映射到Walker上,使得Walker的動作更加自然流暢。同樣,通過這種方式對機器人進行遙操作,可以在危險環境中機器人替代人類完成工作。

　　更安全的柔性交互

　　1950年,“機器人學之父”阿西莫夫的“機器人三原則”提出,“機器人不得傷害人類;機器人必須服從人類的命令;機器人必須保護自己。”這為機器人賦予了倫理性綱領,也為機器人研究人員、設計制造廠家和用戶,提供了十分有意義的指導方針和開發準則。

　　作為全球的人工智能和人形機器人企業,優必選科技也一直遵循着這些準則。過去的幾個月中,研發團隊對Walker進行了改進和升級,讓Walker能夠更安全地與環境和人類交互,在真實的用戶場景中實現應用。

　　力控技術是機器人與人和環境安全交互的關鍵技術。一般來說,純位置控制的機器人以固定動作硬碰硬的對外交互很容易傷到人、周圍環境以及機器人自身,此次Walker加入了力位混合控制方法,能夠控制機器人手掌和外界接觸的力的大小,使交互過程更加安全。在演示擦桌子的過程中,Walker可以保持合适的力将闆擦在桌子表面摩擦,将筆迹擦除幹淨。

　　優必選Walker展示力控擦桌子功能

　　力控性能也是機器人的關鍵性能指标之一,在全身柔順控制展示中,我們看到Walker良好的力控表現,機器人可以順應外力方向做出響應,即增強了交互安全性,又增加了機器人對環境的适應能力。

　　在完成各種任務時,機器人的雙臂協同能力不可忽略。新一代Walker在推車過程中,協同雙臂末端軌迹、足端末端軌迹、機器人質心位置和對小車的作用力,通過算法滿足對地面和小車的同時接觸約束,推動小車按照機器人自主生成的軌迹行走。為了滿足平穩推車的目标,Walker雙臂保持一定柔性,來适應地面和小車的軌迹誤差,保證機械臂和小車之間不會産生異常的作用力。

　　優必選Walker展示推車功能

　　更智能的環境感知

　　視覺伺服是機器人進行操作抓取的關鍵技術,此次更新疊代的Walker通過實時識别目标物體的位置和姿态,實時調整手掌的抓取位姿,在整個操作過程更加穩定、可靠,在展示中,Walker末端機械手一遍跟随杯子不停變動位置和姿态,一邊完成将水倒入水杯的任務。

　　值得一提的是,Walker胸前的RGBD可采集已訓練的目标物模型的空間位姿,在機器人手掌相對于相機的空間位姿已知的基礎上,隻要Walker通過胸前的深度相機看見目标物并且判斷目标物在雙臂的工作空間以内,即可通過自主運動規劃去抓取物體。在抓取的過程中,Walker一方面會主動規劃路徑以避開環境障礙物和避免自身碰撞到達目标點,另一方面還會考慮軌迹的平滑與。

　　Walker展示自主避障抓取功能

　　在操作層面,Walker還可以根據目标物體的位姿變化實時調整自己執行任務的軌迹,從而在動态環境中完成更加複雜的任務。通過感知系統結合,Walker在執行操作任務的同時,可以自主進行運動規劃,避開環境障礙物及自身關節順利完成任務。

　　逐步走進千家萬戶的Walker機器人

　　自2015年8月成立至今,Walker機器人項目用了4年左右的時間就從實驗室走上了CES、世界機器人大會以及IROS,并獲得諸多榮譽與認可。今年1月,Walker入選The Robot Report評選的“2019年值得關注的5大人形機器人”,同時獲獎的還有波士頓動力-Atlas、Agility Robotics-Cassie、豐田-T-HR3、本田-E2-DR。8月份,Walker入選2019年世界人工智能大會期間發布的卓越人工智能引領者TOP 30。入圍榜單的30家知名企業包括百度、騰訊、通用、亞馬遜、平安等。

　　代表中國科技創新硬實力的Walker,也備受媒體的關注。2019年春晚節目上,6台大型仿人服務機器人Walker驚豔亮相深圳分會場,與韓雪、關曉彤、王嘉、魏大勳、台風少年團等明星和舞蹈演員同台表演歌舞《青春暢想》,展示了中國AI力量。今年8月,Walker在WRC 2019世界機器人大會上展示開瓶、倒水、寫字的“智能助手”技能并在《新聞聯播》中播出。2019年9月,Walker參加中華人民共和國成立70周年大型成就展,彰顯了新中國的科技創新成果。

　　6台Walker在2019央視春晚表演節目

　　Walker研發團隊表示:“我們希望賦予Walker更協調的全身運動能力,大型仿人機器人能夠真正走出實驗室,走入真實的用戶場景中去給大家體驗,目前Walker已經面向科技館、展覽館、高校等相關方展開合作,希望能有越來越多的普通人了解大型仿人服務機器人的前沿進展,越來越多的專業人員能和我們一起幫助Walker成長。”

　　“讓智能機器人走進千家萬戶”,Walker為優必選科技實現這一目标邁出堅實一步,此次升級疊代帶來全新内容,也讓我們對極具生命感的Walker充滿期待。随着機器人和人工智能技術的發展,相信在不久的将來,Walker一定會邁着優雅的步伐,成為人類最信任的家庭成員。